Номер 121, страница 25 - гдз по физике 9 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Законы движения и взаимодействия тел. Инерциальные системы отсчёта. Первый закон Ньютона - номер 121, страница 25.

Условие.

121. Поезд движется относительно Земли прямолинейно и равномерно, а относительно автомобиля — равноускоренно. Является ли инерциальной система отсчёта, связанная с автомобилем? Поясните свой ответ.

Решение.

Решение

Система отсчёта, связанная с автомобилем, не является инерциальной.

Пояснение:

1. Инерциальной системой отсчёта (ИСО) называется система, в которой выполняется закон инерции (первый закон Ньютона): тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, если на него не действуют другие тела или действие этих тел скомпенсировано. Любая система отсчёта, которая движется относительно ИСО с постоянной скоростью (прямолинейно и равномерно), также является инерциальной. Система отсчёта, которая движется с ускорением относительно ИСО, является неинерциальной.

2. В задачах такого типа систему отсчёта, связанную с Землёй, принято считать инерциальной.

3. По условию, поезд движется относительно Земли (ИСО) прямолинейно и равномерно. Следовательно, система отсчёта, связанная с поездом, также является инерциальной.

4. Относительно автомобиля поезд движется равноускоренно. Это означает, что ускорение поезда в системе отсчёта автомобиля не равно нулю ($ \vec{a}_{поезд/авто} \ne 0 $). По закону сложения ускорений, ускорение поезда относительно Земли равно векторной сумме его ускорения относительно автомобиля и ускорения автомобиля относительно Земли:

$ \vec{a}_{поезд/Земля} = \vec{a}_{поезд/авто} + \vec{a}_{авто/Земля} $

5. Поскольку поезд движется относительно Земли равномерно, его ускорение в этой системе отсчёта равно нулю ($ \vec{a}_{поезд/Земля} = 0 $). Подставим это в формулу:

$ 0 = \vec{a}_{поезд/авто} + \vec{a}_{авто/Земля} $

Отсюда следует, что ускорение автомобиля относительно Земли:

$ \vec{a}_{авто/Земля} = - \vec{a}_{поезд/авто} $

6. Так как $ \vec{a}_{поезд/авто} \ne 0 $, то и $ \vec{a}_{авто/Земля} \ne 0 $. Это означает, что автомобиль движется с ускорением относительно инерциальной системы отсчёта (Земли). Следовательно, система отсчёта, связанная с автомобилем, является неинерциальной.

Ответ: Нет, система отсчёта, связанная с автомобилем, не является инерциальной, поскольку она движется с ускорением относительно инерциальной системы отсчёта, связанной с Землёй.